模具使用寿命的影响因素及控制

　　模具是制造技术中的重要基础工艺装备。模具的质量不仅关系到生产制品的质量和性能，而且直接影响到制造成本和效率。我国有模具生产厂家约2万余家。模具总产值超过450亿人民币。提高模具质量，延长模具使用寿命无疑有着十分重要的意义。

　　影响模具使用寿命的基本因素

　　1.结构设计

　　设计人员对由于结构，机械加工旨在的热处理缺陷往往易于忽视，造成扯皮和浪费，不合理的结构设计往往是造成模具早期失败和热处理变形开裂的重要因素。模具的结构设计应尽量避免尖锐的圆角和过大的截面变化。尖锐的圆角引起的应力集中可高达平均计算后力的10倍。尖锐圆角不允许消除时，可将整体结构改成组合式，或通过改变强火介质，如45#钢淬火下水改为40G淬火下油，来改变应力分布状态，减少开裂的发生。

　　为防止热处理变形与开裂，截面尺寸力求均匀形状力求对称简单，盲孔尽量开成道孔，必要时可开工艺孔。热处理的目标之一就是“努力达到热处理零件的零变形和最大限度的均匀性”淬火开裂必定存在应力梯度，结构设计上就是一种几何缺口。包括刀痕、夹角、沟槽、孔穴及截面突变处淬火前消除加工应力。<550摄氏度加热保温。250摄氏度以下随炉暖冷。也可以有效地减少淬火后的变形。

　　一般情况下，只要冷，热加工相互配合,合理设计，加工得当，必将大幅度减少零件的热处理缺陷。

　　2.模具材料与热处理

　　模具材料对模具寿命的影响反映在模具材料的选择是否正确，材质是否良好和使用是否合理3个方面，统计资料表明，由于选材和热处理不当，致使模具早期失效的约占70%。

　　对于模具钢材的选择国家有严格的分类，较多应用的是冷作模具钢，热作模具钢及塑料模具钢。对于冷冲模应主要考虑钢的强度，韧性和耐磨性。三者之间的关系往往此消彼长，根据实际情况进行合理选择。减少冷作模具早期失效的途径：（1）细化冷作模具钢的碳化物晶粒尺寸，可提高材料强度和断裂韧性，提高材料抗脆断能力。（2）提高模具表面质量。由于脆性材料对表面缺陷特别敏感，采用抛光，磨光表面强化等途径可提高抗脆断能力。塑料模具钢选用时要廉顾其在塑料成型温带下的强度，耐磨性，和耐蚀性，同时还应考虑其加工性能和镜面度。

　　材料也是影响模具质量的主要因素。（1）当原材料有较深的脱碳层时，或在氧化炉中加热造成氧化脱碳时，使脱碳表面层产生大的拉应力。表面金属往往沿晶界被拉成网状。（2）当原材料是粗晶粒钢时，内部存在块铁素体，晶粒粗化，失去晶界结合力在拉应力作用下沿晶界呈网状裂开。现行的材料来源不一，质量保证显得十分重要，以避免先天性不足。

　　热处理不当也是导致模具早期失效的重要应素。热处理的变形主要有热应力及组织应力引起的。零件加热到淬火温度时。屈服强度明显降低，塑性大为提高。当应力超过屈服强，就会产生塑性变形。当应力超过材料的强度极限就会造成零件的淬裂。所以高碳合金钢如Cr12MoV、W18Cr4V需采取多次预热或缓慢加热，铸件和锻件如果表层存在一层脱碳层，由于导热性能不同，在淬火加热较快时，也会因热应力而引起变形。组织应力的产生源于体积德收缩和膨胀，由于组织转变得不等时性引起了变形。

　　影响热处理变形的因素多，如钢的淬透性，钢的含碳量，原始组织，淬火介质，淬火方式。

　　对于从事模具制造的人来说，原粗组织的影响有着主要意义，材料是否球化，是否有偏析，是否有网状组织，对淬火后的变形，特别是对细长轴的弯曲变形关系更大。可以在机加工前安排改善原材料组织的热处理工艺。热处理工艺中，反向压弯法、静态淬火法、盐炉淬火、专用夹具淬火都是减少热处理弯形的有效方法。

　　3.冷、热加工工艺

　　铸造和机加工对模具寿命的影响常被人们忽略，以Cr12为例，该钢属于高碳高铬莱氏体钢，含有大量的一次、二次碳化物，偏析很大。Cr12钢做的模具相当多开裂都是碳化物级别超标造成的。共晶网状碳化物，只有通过铸造使其细化并均匀化，可大幅提高模具的使用寿命。

　　不正确的机加工赞成的应力集中，光洁度不够和机加工没有完全均匀地去除轧和锻造形成的脱碳层，都可以导致材料的早期失效。

　　4.磨削和电火花加工、线切割加工

　　磨加工时间可能导致金属表面局部过热，产生高的表面残余应力以及组织变化等，其结果可能导致磨削裂纹的产生。常见的磨削缺陷有：磨削速度过快或砂轮冷却剂使用不当引起的磨削纹裂纹。此外，原始组织预处理不当，碳化物偏析、晶粒粗大、回火不充分都能造成磨削裂纹。

　　电火花加工能在淬火回火模具的表面形成淬火马氏体的白亮层，由于高碳马氏体的固有脆性和显微裂纹的存在，往往导致模具早期开裂。此外，电火花加工在模具表面形成不良的残余应力，也降低了模具的使用寿命。

　　线切割过程中改变了金属的表层、中间层和心部应力场分布状态，淬火残余内应力失去平衡变形，在某一区域出现大的拉应力，此拉应力大于材料的强度极限导致炸裂，主要原因是碳化物偏析、晶粒粗大和回火不充分。

　　5.机床的调整和操作

　　由于机床调整和使用操作不当，仍可使模具早期失效。影响因素包括：机床的精度、刚性、间隙调整定位不准和偶然过裁，必要给予足够重视。

　　此外，模具的润滑条件和所加工材料的材质、硬度、尺寸等因素也影响模具使用寿命。

　　采用一些先进的材料，如火钢7CrSiMnMoV基本钢G△（6CrMnNiMoVSi）,冷模具钢L△,热作模具钢H13，塑料模具钢3Cr2Mo(P20)，和一些先进的热处理强化工艺，工模具的深冷处理、复相强韧化热处理等先进工艺，同样可以有效地提高寿命和质量。

　　总之，影响模具使用寿命的因素很多，涉及面广，只要在零件形状、材质和热处理方面综合考虑，便可有效地提高模具的质量和使用寿命。

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